CN103964767A - 一种水泥基复合材料及修补混凝土裂缝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥基复合材料及修补混凝土裂缝的方法，所述水泥基复合材料各组分按份数包括：水泥：15-69份，水：17-30份，精细骨料：10-45份，粉煤灰：34-104份，硅灰：0-4.5份，粒化高炉矿渣：0-8份，还掺有体积为复合材料总体积1.5％～2.5％的有机纤维。通过上述方式，本发明水泥基复合材料不仅具备一般多缝水泥复合材料的功能，还能够阻止混凝土内部的钢筋的锈蚀；该修补混凝土裂缝的方法不仅注重减少修补层与混凝土裂缝直接接触部位的应力，并着重增加修补层与混凝土裂缝外围周边的粘结强度，而且通过对裂缝中注入环氧材料来阻止修补层的水渗入裂缝内部导致裂缝内部钢筋的锈蚀；并且防水层避免了水、氧气通过修补层进入裂缝内部。
Description
技术领域
本发明涉及建筑建材领域，特别是涉及一种水泥基复合材料及修补混凝土裂缝的方法。
背景技术
水泥混凝土是世界上用量最大、使用广泛的建筑材料之一，如钢筋混凝土桥梁是目前桥梁的重要结构形式。但水泥混凝土材料自身存在一些缺陷，如自重大、抗拉强度低、易于干缩开裂（包括塑性收缩开裂、硬化干燥收缩开裂）等，这些缺陷限制了其在结构工程中更广泛的使用。其中水泥混凝土易于干缩开裂（包括塑性收缩开裂、硬化干燥收缩开裂）的缺陷对混凝土质量影响重大，尤其对于高强混凝土。
混凝土开裂的危害如下：1．整体性变差；2．承载力严重下降；3．抗渗透能力严重丧失；4．钢筋严重锈蚀；5．修复困难，费用昂贵；6．使用寿命大大缩短。经过长期实践研究，针对混凝土裂缝的原因分析如下：由于混凝土的组成材料、微观构造及所受外界影响的不同，混凝土中产生裂缝的原因主要是：温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理、原材料不合格，模板变形，基础均匀沉降等。
现有技术中一般常用的混凝土裂缝修补技术，是将老混凝土凿毛，采用砂浆、纤维混凝土等抹面修补。但由于砂浆、纤维混凝土等修补材料抗拉强度较小，修补层易开裂，并形成贯穿老混凝土裂缝的宽度较大的主裂缝，导致有害侵蚀物质渗入老混凝土结构内部，不能充分实现止裂、保护建筑结构的目的。目前针对混凝土裂缝修补出现的多缝开裂水泥基复合材料是一种较为理想的混凝土补强加固材料，也可以称之为多缝开裂应变硬化水泥基复合材料，是指在拉伸荷载作用下可产生多条细密裂缝的水泥基复合材料，是一种使用短纤维增强的水泥基复合材料，硬化后具有显著的应变硬化特征，极限拉应变达到1%以上，在拉伸荷载作用下可产生多条细裂缝，直接拉伸荷载达到峰值时对应试件的平均裂缝宽度在0.1mm以下，由伸缩应力产生的裂缝宽度一般都小于0.05mm，可满足许多工程对无害化裂缝宽度的限制要求。
现有的修补混凝土裂缝技术，是将老混凝土裂缝进行灌浆处理后，对老混凝土修补面进行凿毛，以增强新老混凝土之间的界面粘结强度，再覆盖一层修补材料，但由于一般的修补材料（普通砂浆、环氧砂浆、混凝土、纤维混凝土等）较低的抗裂能力和单一裂缝破坏特性，修补层一旦开裂就易形成主裂缝。而使用上述多缝开裂水泥基复合材料做修补材料时，该材料具备多条细密裂纹的微观开裂模式，比其他修补材料产生的裂缝宽度小，也更细密；但是由于在外界荷载和温度应力作用下，老混凝土裂缝周边存在较大的应力，容易造成裂缝上端修补层的应力集中，产生贯穿性主裂缝，最终导致修补层的破坏。因此对混凝土裂缝的修补，不仅需要具有较好抗裂性能的修补材料，而且需要减缓和防止形成贯穿性主裂缝的修补方法。中国申请专利CN 101787672 A中公开了一种多缝开裂水泥基复合材料修补混凝土裂缝的方法，该方法利用在裂缝周边打磨光滑或设置隔离层，来减弱或消弱裂缝周边混凝土与覆盖其上的多缝开裂水泥基复合材料的粘结强度，避免老混凝土裂缝处应力集中，使修补层材料开裂形成主裂缝。这种方法虽然较好，且实际可行，但该方法并未过多的考虑混凝土内的钢筋对裂缝的促裂作用，在正常情况下，钢筋混凝土中的钢筋在混凝土保护层的包裹中，由于有氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠的存在，混凝土的pH值一般大于12，处于这样的碱性环境下，钢筋表面会形成氢氧化铁钝化膜保护钢筋不受锈蚀的影响。但当环境pH值下降到9或8时，钢筋的钝化膜就会失去稳定性甚至破坏，尤其在混凝土开裂情况下，当钢筋接触到空气、水时，钢筋在氧气与水的共同作用下，钢筋发生锈蚀，其表面生成铁锈即Fe2O3·xH2O，铁锈是松动的，不能阻气、隔水，从而使钢筋一直锈蚀下去。钢筋锈蚀时会产生2-4倍的体积膨胀，致使外围混凝土保护层被涨裂甚至脱落，影响结构正常功能的发挥和使用，若混凝土原本就有裂缝存在，则钢筋的锈蚀会加剧裂缝的开裂，从而导致原本的裂缝发展成为贯穿性的主裂缝，影响建筑结构本体。而这种内部的钢筋锈蚀一旦发生后，仅在外部涂刷多缝开裂水泥基复合材料是不能阻止钢筋的锈蚀的，因为多缝开裂水泥基复合材料本身易形成微小的多缝，不能阻止空气、氧气渗透入内。并且这种仅依靠在裂缝周边浇铸修补层来分散界面裂缝扩张时的应力，推迟裂缝嵌入修补材料中的方法，对于宽度较大或受拉伸荷载较大的裂缝来说，其修补效果较弱，需要在此技术上进一步改进，以适应各种裂缝的修补。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明主要目的是提供一种水泥基复合材料及修补混凝土裂缝的方法，该水泥基复合材料通过对组分的调整，使其不仅具备一般多缝水泥复合材料的功能，还能够尽可能的阻止混凝土内部的钢筋的锈蚀；本发明中提供的修补混凝土裂缝的方法不仅注重修补层与原混凝土裂缝周边的粘结强度，并且利用有机纤维编织网提高修补层整体的抗拉能力；两个界面层的形成，增大了界面裂缝扩展长度，利于修复层上产生更多的材料裂缝，吸收更多的能量；而且通过对裂缝中注入环氧材料来阻止修补裂缝时修补层的液体渗入裂缝内部导致裂缝内部钢筋的锈蚀；并且修补层外层涂覆防水层，避免了水、氧气通过修补层进入裂缝内部；通过锚接钉的使用来增强修补层与裂缝周边混凝土的粘结强度，利用锚接钉限制修补后原混凝土裂缝的开裂和扩展。
为实现上述目的，本发明公开的技术方案是：一种水泥基复合材料，所述水泥基复合材料各组分按份数包括：
水泥 15份--69份
水 17份--30份
精细骨料 10份--45份
粉煤灰 34份--104份
硅灰 0份—4.5份
粒化高炉矿渣 0份--8份
还掺有体积为复合材料总体积1.5％～2.5％的有机纤维。所述的水泥基复合材料的各组分份数可以是质量份数、也可以是体积份数；优选的，是质量份数。
本发明中所述在水泥基复合材料中掺杂的有机纤维一般是长度在4-50mm之间的短纤维。
优选的，还包括减水剂、增稠剂、引气剂。优选的，还可以包括缓凝剂。本发明中所述的减水剂是木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐减水剂、密胺系减水剂、粉末聚羧酸酯减水剂、干酪素减水剂和聚羧酸系减水剂中的一种或多种。减水剂的作用是提高材料的流动性；增稠剂的作用是提高材料的稠度和粘聚性；引气剂的作用是提高材料的抗冻融性能。
优选的，所述精细骨料的粒径小于或等于0.5mm。
优选的，所述有机纤维是聚乙烯醇纤维、碳纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、芳香族聚酰胺纤维中的一种或两种以上的混合纤维；所述有机纤维的直径在10--80μm之间。
优选的，所述水泥基复合材料各组分按份数包括：
水泥 15份--50份
水 20份--28份
精细骨料 10份--30份
粉煤灰 44份--80份
硅灰 0份--3份
粒化高炉矿渣 0份--6份
有机纤维掺量占复合材料总体积的1.8%~2.5%。
精细骨料对混凝土的性能有重要影响，好的骨料应当是：空隙率小，以减小水泥用量并保证实密度；总表面积小，以减少湿润骨料表面的需水量；有少量的细颗粒以满足搅拌要求，经过多次试验，本发明中确定将精细骨料的粒径控制在0.5mm以下，该粒径既满足孔隙率又能保证混凝土的实密度，且易搅拌均匀。为进一步增加水泥基复合材料的抗拉强度及粘附强度，本发明中还在水泥基复合材料中增加了有机纤维，有机纤维在水泥基复合材料中能够起到桥接的作用，将与之混合的水泥、精细骨料、粉煤灰、硅灰等紧密的连接成一体，提高水泥基复合材料本身的抗拉强度。
本发明还公开了一种利用上述水泥基复合材料修补混凝土裂缝的方法，包括如下步骤：
步骤a. 将混凝土外表面裂缝周边打磨光滑并清理干净；
步骤b. 在裂缝表面及裂缝周边打磨光滑的区域处设置隔离层；或在裂缝表面及裂缝周边打磨光滑处均匀注入或涂抹环氧胶体，使环氧胶体均匀涂覆于所述裂缝表面及周边；
步骤c. 第一次浇筑：将水泥基复合材料均匀浇筑一薄层在上述裂缝表面及裂缝周边，然后将有机纤维编织网平铺覆于所述水泥基复合材料薄层上，用平抹压平有机纤维编织网，使有机纤维编织网与水泥基复合材料薄层形成良好的结合；
步骤d. 进行第二次水泥基复合材料浇注：在有机纤维编织网上再次浇筑一层水泥基复合材料。
上述步骤c中，用平抹压平有机纤维编织网时，并使浆料从网孔中溢出，确保每个网孔都充满浆料。
上述步骤b中的在裂缝表面及裂缝周边打磨光滑的区域处设置隔离层，是指在裂缝表面及裂缝周边打磨光滑的区域处均匀涂抹环氧胶体或铺设透明胶布或铺设其他光滑的能够使修补层于所述混凝土层隔离开来的其他耐腐蚀的材料。本发明中所述在裂缝表面及裂缝周边打磨光滑处均匀注入或涂抹环氧胶体，实际操作中，还可以向裂缝中注入水泥净浆、水泥砂浆、环氧净浆、环氧砂浆、甲基丙烯酸脂类浆液或改性环氧树脂浆液等。
本发明中所述的第一次浇筑的水泥基复合材料的厚度是3 mm---80mm；第二次浇筑的水泥基复合材料的厚度是5 mm---100 mm。
优选的，所述混凝土外表面裂缝周边打磨光滑处设置隔离层或涂抹环氧胶体的区域是：从裂缝中心起向裂缝左右两侧向外延伸10-120mm；或自裂缝尖端向外各自延伸10-120 mm。 优选的，所述混凝土外表面裂缝周边打磨光滑处设置隔离层或涂抹环氧胶体的区域是：从裂缝中心起向裂缝左右两侧向外延伸40-80mm；或自裂缝尖端向外各自延伸40-80 mm。
优选的，所述步骤a中还包括在混凝土外表面裂缝周边打磨光滑区域内或打磨光滑区域的外围或远离打磨光滑区域的裂缝的远端处嵌入锚接钉。本发明中优选的是在打磨光滑区域的外围，即裂缝的远端嵌入锚接钉。
本发明中所述的锚接钉是建筑行业修补混凝土常用的U型钉，也可以采用其他能起到锚接、连接效果的钉。
优选的，所述步骤a中嵌入锚接钉的方式包括：在裂缝开口处嵌入锚接钉、在裂缝尖端处嵌入锚接钉、沿所述裂缝扩展方向嵌入锚接钉以及在修补层内嵌入锚接钉。本发明中所述的在修补层内嵌入锚接钉的作用是：增强修补层与老混凝土的粘结强度。
本发明中所述的锚接钉可以嵌入混凝土外表面裂缝周边的打磨光滑区域内，也可以嵌入打磨光滑区域的外围内，也可以嵌入远离打磨光滑区域的裂缝的远端；锚接钉可以嵌在裂缝的开口处防止裂缝的进一步开裂，也可以在裂缝尖端处嵌入锚接钉防止裂缝的尖端的开裂；锚接钉也可以沿所述裂缝扩展方向嵌入；以及在修补层内嵌入锚接钉以增强修补层与老混凝土的粘结强度。
优选的，若在打磨光滑区域内嵌入锚接钉的话，所述锚接钉嵌入的位置至少离裂缝有1cm的间距。本发明所述的锚接钉的嵌入方式至少包括如下几种：在裂缝开口处的混凝土层内嵌入锚接钉，以避免裂缝张开；沿裂缝尖端或裂缝扩展方向，在混凝土层中嵌入锚接钉，来限制裂缝的扩张；将锚接钉在裂缝的远端嵌入混凝土层，其目的是为了使水泥基复合材料修补层能够与远离裂缝处的混凝土层其粘结更好。
优选的，所述步骤a中还包括沿所述裂缝延伸开裂方向，在所述裂缝的两端嵌入锚接钉。
优选的，所述步骤d中的有机纤维编织网的长度至少比所述裂缝长；所述有机纤维编织网覆盖于所述裂缝上的宽度至少是自裂缝中心起向两侧延伸5cm。
优选的，还包括步骤e. 待步骤d中浇筑的水泥基复合材料凝固并干燥后，在其表面涂刷防水层。所述防水层可以是采用防水涂料或防水油漆涂刷，也可以是其他防水材料。
利用有机纤维可以使混凝土的抗拉强度、变形能力、耐动荷性能大大提高，但由于在水泥基复合材料中掺杂的一般是长度在4-50mm之间的短纤维，绝大多数短纤维在混凝土基体内是呈三维乱向分布。对于修复混凝土裂缝而言，当有机纤维方向与裂缝的受力方向一致时，能够起到减少原混凝土裂缝应力的作用，重新分配载荷，增加复合结构的挠度与延性，可以充分利用有机纤维的材料本身的特性与水泥基复合材料本身的细密裂缝相结合，减少原混凝土裂缝的受力，使应力能平均分配在修补层上，起到较好的修复作用，阻止原混凝土裂缝的再次开裂。本发明中利用有机纤维编织网与含有有机纤维的多缝开裂水泥基材料配合，并使有机纤维编织网中有机纤维的主拉受力方向垂直于裂缝的扩展方向，这样利用有机纤维编织网来增强水泥基复合材料的抗拉能力，利用有机短纤维来提高修补层的裂缝控制能力，两者结合从而起到良好的修补作用。
本发明中所述的修补混凝土裂缝的方法中利用环氧胶体将裂缝及周围封闭，避免了浇筑水泥基复合材料时，水泥基复合材料内的水分渗入混凝土裂缝内湿润混凝土裂缝，导致混凝土裂缝在硬化过程中发生收缩时，因表面混凝土承受的拉力与内部混凝土承受的压力不同而产生的收缩裂缝及原本裂缝的加剧扩展。并且利用环氧胶体能够将混凝土裂缝及其周边的细小裂缝填充，与后续浇筑的水泥基复合材料协同作用修复裂缝。
对于裂缝较大的混凝土裂缝修补时，当必须需要恢复主裂缝断面的抗拉强度时，需要首先在裂缝周边开凿槽沟，将锚接钉跨过裂缝嵌入所述槽沟中，然后将槽沟及周边打磨光滑并清理干净，再进行后续的利用环氧胶体将裂缝及周围封闭。利用锚接钉来锁闭混凝土裂缝，防止再次开裂。
本发明中采用多次浇筑水泥基复合材料的方法，并利用有机纤维编织网与所述水泥基复合材料配合来实现更好的修补效果。
混凝土裂缝修补效果的测定实验证明：采用易开缝的水泥基复合材料修补混凝土裂缝，当修补面受到外界荷载时，其破坏过程是先是修补层与原混凝土层发生界面剥离，然后修补层裂缝和界面裂缝交替出现；随着外界荷载的进一步增长，修补层裂缝增大，以修补层开裂为主，界面裂缝逐渐扩展滞缓，界面裂缝的扩展最终是由修补层本身材料强度控制的，当达到修补层材料本身的极限强度时，修补层达到极限抗拉强度，界面裂缝也停止扩展。这时，修补层进入裂缝局部化扩展阶段，逐渐形成主裂缝，界面裂缝已经不再扩展，随着修补层裂缝宽度不断增大，修补层最终发生断裂。即根据整个试验机理：修补层的裂缝分布范围是由界面剥离长度控制，界面剥离越长，修补层材料裂缝分布范围越大、修补层裂缝分裂越多，越能发挥修补层的材料特性。本发明中将混凝土外表面裂缝周边打磨光滑，以减弱修补层和混凝土之间的界面粘结强度，界面裂缝扩展长度增大，应力能平均分配在修补层上，同等荷载条件下能量更多耗损在界面裂缝扩展上，推迟裂缝发生在修补层中，从而保证修补层的修补效果。因此在光滑表面混凝土上的修补层，比粗糙表面混凝土上的修补层裂缝分散效果更好。但若光滑区域面积较大，则不利于修补层与混凝土层的粘结，两者之间的粘结强度较小，但若裂缝处与修补层粘结强度较大的话，则不利于修补层裂缝分散，容易使应力集中于裂缝处，造成修补层开裂形成主裂缝。本发明中针对这一问题，采用的技术方案是：在裂缝周围尽可能做光滑处理，处理出一定面积的光滑区域，在光滑区域的外围设有锚接钉，并将光滑区域外围的混凝土层做凿毛处理，这样，一方面尽可能增大修补层与远离裂缝处的混凝土的粘结强度，一方面尽可能减少修补层与裂缝处的粘结应力，这种处理方法能够很好的使修补层与混凝土表面粘结，并且减少裂缝处受力，利于修补层的多缝开裂及分散裂缝处的应力。同时为进一步阻止缝隙较大的裂缝的延伸开裂，本发明在所述裂缝的开口处、裂缝尖端处均嵌入锚接钉，所述锚接钉跨于所述裂缝上，利用锚接钉阻止裂缝的扩展；但在裂缝的开口处、裂缝尖端处的锚接钉上浇筑修补层时，仍需将锚接钉周围区域打磨光滑，以减少修补层与裂缝延伸处的应力；另外，本发明中所述的还可以在裂缝的延伸方向嵌入锚接钉，以阻止裂缝的扩展。
本发明中水泥基复合材料两次浇筑，第一次浇筑的水泥基复合材料薄层上铺设有机纤维编织网，再进行第二次浇筑。两次浇筑水泥基复合材料的好处是：两次浇筑层之间的界面及浇筑层与混凝土表面的界面，这样共有两个界面，在外荷载及收缩应力作用下，两个界面均会产生界面裂缝，修补层表面的裂缝经过两次分散，同等荷载条件下能量更多耗损在界面裂缝扩展上，从而推迟裂缝嵌入浇筑层中，诱导修补层即浇筑层的裂缝分散，提高其分散裂缝能力。两次浇注层之间的有机纤维编织网类似于起到在修补层中植入钢筋的作用，有机纤维编织网能够承担外荷载力并且提高修补层整体的拉伸强度，反而利于修补层的应力分散及抗拉能力。
并且，本发明中在两次浇筑层之间铺设有有机纤维编织网，由于有机纤维编织网能承担修补层拉力，重新分配载荷，并利用有机纤维本身的特性与浇筑层上开裂的细密裂缝相结合，使应力平均分配在浇筑层上，起到较好的修复作用。本发明利用多缝开裂材料显著的应变硬化特性和优异的裂缝控制能力，与轻质、高强度、抗磁化、耐腐蚀的有机纤维编织网结合，既能解决多缝开裂材料中纤维混杂分布不能代替钢筋承担某个明确方向上的荷载、抗拉强度有限的问题，又能增强纤维编织网与基体的界面粘结性能，解决纤维编织网增强混凝土结构开裂瞬间承载力刚度突然下降以及结构脆性破坏的问题，并使基体裂缝得到有效抑制，即利用有机纤维编织网与含有有机纤维的多缝水泥基材料结合，使本发明所述的水泥基复合材料整体获得更为优良的控裂能力和更高的承载力，具有较大的发展空间及使用空间。
本发明所述的水泥基复合材料修补混凝土裂缝的方法中，可以铺设多层有机纤维编织网，每铺设一层有机纤维编织网需要在其上增加浇注一层一定厚度的水泥基复合材料。
待第二次浇筑的水泥基复合材料或最外层浇注的水泥基复合材料干燥后，在其表面涂刷一层防水油漆，避免了修补层浸水再干燥而导致的收缩裂缝，延长修补层的寿命。
本发明的有益效果是：本发明公开的修补混凝土裂缝的方法能够有效的阻止裂缝的再度开裂，并且利用防水层、环氧树脂等来阻止水、氧气渗入修补层进入裂缝内部导致的裂缝内部发生锈蚀或干缩开裂。
附图说明
图1是本发明所公开的修补混凝土裂缝的方法中一较佳实施例的侧视图，
图中1为第一次浇注修补层，2为第二次浇注修补层，3为混凝土层，4为有机纤维编织网，5为裂缝，6为隔离层，7、8、9为锚接钉；
图2是本发明所公开的修补混凝土裂缝的方法中一较佳实施例的平面图，
图中4为有机纤维编织网，7、8、9为锚接钉；
图3是本发明实施例8中修补裂缝的结构示意图，图中1为第一浇注修补层，2为第二次浇注修补层，3为混凝土层，4为有机纤维编织网，5为预制裂缝，6为隔离层，图中a为第一浇注修补层受外界荷载后产生的均匀分布的细裂缝，图中b为第二次浇注修补层受外界载荷产生的均匀分布的细裂缝，A1、A2、B1、B2为界面剥离的终止位置，左右横向和斜上箭头分别表示界面裂缝扩展方向和修补层裂缝扩展方向；
图4是本发明实施例8中修补层和混凝土的界面修补性能采用四点弯曲加载试验的实施例照片；
图5是本发明实施例9中修补钢筋混凝土结构时的结构示意图，图中1为第一次浇注修补层，2为第二次浇注修补层，3为混凝土层，4为有机纤维编织网，5为预加主裂缝，6为隔离层，7、8为锚接钉，10为钢筋；
图6是本发明实施例9中修复钢筋混凝土结构时的实施例照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1-图6，本发明实施例：
实施例1：一种水泥基复合材料，所述水泥基复合材料各组分按份数包括：水泥 45份，水23份，精细骨料30份，粉煤灰48份，硅灰4.5份，粒化高炉矿渣8份，掺有体积为复合材料总体积1.5％的聚乙烯醇纤维。本实施例中还包括减水剂及增稠剂，所述减水剂的份数是0.2份，所述增稠剂的份数是0.5份。
本实施例中精细骨料的粒径小于或等于0.5mm。
本实施例中聚乙烯醇纤维的直径是40μm。
实施例2：一种水泥基复合材料，所述水泥基复合材料各组分按份数包括：水泥 58份，水20份，精细骨料42份，粉煤灰46份，硅灰3份，粒化高炉矿渣6份，还掺有体积为复合材料总体积2.5％的聚乙烯纤维。本实施例中还包括减水剂及缓凝剂，所述减水剂的份数是0.5份，所述缓凝剂的份数是0.2份。
本实施例中精细骨料的粒径小于或等于0.5mm。
本实施例中聚乙烯纤维的直径是50μm。
实施例3：一种水泥基复合材料，所述水泥基复合材料各组分按份数包括：水泥 69份，水23份，精细骨料30份，粉煤灰48份，硅灰2份，粒化高炉矿渣5份，还掺有体积为复合材料总体积2.0％的碳纤维。本实施例中还包括减水剂及缓凝剂，所述减水剂的份数是0.2份，所述缓凝剂的份数是0.5份。
本实施例中精细骨料的粒径小于或等于0.5mm。
本实施例中碳纤维的直径是60μm。
实施例4：一种水泥基复合材料，所述水泥基复合材料各组分按份数包括：水泥 15份，水17份，精细骨料10份，粉煤灰34份，粒化高炉矿渣3份，还掺有体积为复合材料总体积1.8％的芳纶纤维。本实施例中还包括减水剂及缓凝剂，所述减水剂的份数是0.3份，所述缓凝剂的份数是0.4份。
本实施例中精细骨料的粒径小于或等于0.5mm。
本实施例中芳纶纤维的直径是80μm。
实施例5：一种水泥基复合材料，所述水泥基复合材料各组分按份数包括：水泥 45份，水20份，精细骨料20份，粉煤灰45份，硅灰4份，还掺有体积为复合材料总体积2.2％的芳香族聚酰胺纤维。本实施例中还包括减水剂及引气剂，所述减水剂的份数是0.4份，所述引气剂的份数是0.5份。
本实施例中精细骨料的粒径小于或等于0.5mm。
本实施例中芳香族聚酰胺纤维的直径是10μm。
实施例6：一种修补混凝土裂缝的方法，包括如下步骤：
步骤a. 将混凝土外表面裂缝周边打磨光滑并清理干净；
步骤b. 在裂缝表面均匀注入环氧净浆，并在裂缝周边打磨光滑处均匀涂抹环氧净浆，使环氧净浆均匀涂覆于所述裂缝表面及周边；
步骤c. 第一次浇筑：将水泥基复合材料均匀浇筑一薄层在上述裂缝表面及裂缝周边，然后将有机纤维编织网平铺覆于所述水泥基复合材料薄层上，用平抹压平有机纤维编织网，使有机纤维编织网与水泥基复合材料薄层形成良好的结合；
步骤d. 将所述步骤c中的有机纤维编织网的表面刮平或抹平，进行第二次水泥基复合材料浇注：在有机纤维编织网上再次浇筑一层水泥基复合材料；
步骤e. 待步骤d中浇筑的水泥基复合材料凝固并干燥后，在其表面涂刷一层防水油漆。
本实施例中，所述混凝土外表面裂缝周边打磨光滑的区域是：从裂缝中心起向裂缝左右两侧向外延伸10-120mm；或自裂缝尖端向外各自延伸10-120mm。
本实施例中，所述步骤c中的有机纤维编织网的长度比所述裂缝长；所述有机纤维编织网覆盖于所述裂缝上的宽度是自裂缝中心起向两侧延伸8-50cm长的宽度。
实施例7：请参考图1、图2，一种修补混凝土裂缝的方法，包括如下步骤：
步骤a. 将混凝土层3上的裂缝周边打磨光滑并清理干净，在混凝土层3的外表面裂缝周边打磨光滑区域的外围嵌入锚接钉7、锚接钉8、锚接钉9，并将锚接钉周边均做凿毛处理。本发明实施例中锚接钉的嵌入方式包括如下几种：1、在裂缝5的远端嵌入锚接钉7，其目的是为了使修补层能够与远离裂缝处的混凝土层3粘结更好；2、在裂缝5开口处在的混凝土层3内嵌入锚接钉8，以避免裂缝张开；3、沿裂缝5 的尖端或裂缝扩展方向，在混凝土层3中嵌入锚接钉9，来限制裂缝5的扩张。本实施例中所述的锚接钉7、锚接钉8、锚接钉9的编号不同，仅代表三种锚接钉所在的位置不同，并非表示使用的锚接钉的规格是否相同。
步骤b. 在裂缝5内均匀注入环氧胶体，在裂缝5周边打磨光滑处均匀涂抹环氧胶体，使环氧胶体均匀涂覆于裂缝5的表面及周边，即图中隔离层6所示区域；
步骤c. 第一次浇筑：将水泥基复合材料均匀浇筑一薄层在上述裂缝5表面及裂缝5周边，即图中所示的第一次浇注修补层1，将有机纤维编织网4平铺覆于第一次浇注修补层1上，用平抹压平有机纤维编织网，使有机纤维编织网与第一次浇注修补层1形成良好的结合；平抹压平过程中并使浆料从网孔中溢出，确保每个网孔都充满浆料。
步骤d. 将步骤c中的有机纤维编织网4的表面刮平，进行第二次水泥基复合材料浇注，即在有机纤维编织网4上浇筑第二次浇注修补层2。
步骤e. 待步骤d中浇筑的第二次浇注修补层2凝固并干燥后，在其表面涂刷一层防水油漆。
本实施例中，所述混凝土外表面裂缝周边打磨光滑处设置隔离层或涂抹环氧胶体的区域是：从裂缝中心起向裂缝左右两侧向外延伸20mm；或自裂缝尖端向外各自延伸20mm。
本实施例中，所述步骤d中的有机纤维编织网的长度比所述裂缝的长度长；所述有机纤维编织网覆盖于所述裂缝上的宽度是至少自裂缝中心起向两侧延伸5cm长的宽度。
实施例8：请参考图3、图4，混凝土结构采用两块分离的棱柱体，两块混凝土之间为预制裂缝，裂缝长度为100 mm。按照如下成分配制水泥基复合材料：水泥45份、水23份、精细骨料30份、粉煤灰44份、硅灰4份、粒化高炉矿渣5份，还掺有体积为复合材料总体积1.5％～2.5％的有机纤维。去除混凝土表面浮尘，清洗表面，将混凝土表面裂缝周边打磨光滑并清理干净，在裂缝表面及裂缝周边打磨光滑处均匀注入环氧胶体，使环氧胶体均匀涂覆于所述裂缝周边及表面。
将配制的水泥基复合材料均匀浇注厚度为5 mm的一层于裂缝表面及裂缝周边，即图3中所标注的第一浇注修补层1，第一浇注修补层1浇注完成后，取有机纤维编织网4水平覆于第一浇注修补层1上，用平抹压平有机纤维编织网4，使有机纤维编织网4与第一浇注修补层1形成良好的结合，再进行第二次浇注修补层2的浇注，第二次浇注修补层2的厚度是25 mm。
对修补层和混凝土的复合结构采用四点弯曲加载试验，考察本方法修补混凝土裂缝的效果，加载方式为位移控制。由图3可以看出，在此种修补方法中，在第一浇注修补层1与混凝土层3之间的界面产生界面剥离，出现界面裂缝，界面裂缝向左右两侧扩展，从而第一浇注修补层1产生斜向上的裂缝；第一浇注修补层1与第二浇注修补层2之间的界面受第一浇注修补层1的裂缝影响，出现界面剥离，产生平行于第一浇注修补层1的向左右两侧扩展的界面裂缝。本实施例中这种修补层的设置相对增大了界面裂缝扩展长度，同等荷载条件下能量更多耗损在界面裂缝扩展上，反过来，较长的界面剥离长度，又使修复层上产生更多的材料裂缝，不容易形成应力集中，从而吸收了更多的能量。实验结果表明：第一浇注修补层1裂缝分布在界面剥离范围A1-A2内，裂缝分布均匀；第二浇注修补层2裂缝分布在界面剥离范围B1-B2内，裂缝分布均匀且比第一浇注修补层1的裂缝要更加细密；在峰值荷载时，第二浇注修补层2的最大裂缝宽度小于0.05 mm。
实施例9：请参考图5、图6，利用本发明所述的混凝土裂缝修补方法修补钢筋混凝土结构。取一加压荷载形成主裂缝的钢筋混凝土梁，按照如下成分配制水泥基复合材料：水泥50份、水20份、精细骨料30份、粉煤灰80份、硅灰3份，有机纤维掺量占复合材料总体积的1.8%~2.5%。去除钢筋混凝土表面浮尘，清洗表面，将钢筋混凝土外表面裂缝周边打磨光滑并清理干净，沿预加主裂缝5的延伸方向，在预加主裂缝5的开裂端的下端嵌入锚接钉8，锚接钉8的具体嵌入可参考附图1。在预加主裂缝5的表面及预加主裂缝5的周边打磨光滑处均匀注入环氧胶体，使环氧胶体均匀涂覆于所述裂缝周边及表面。并在光滑区域的外围及裂缝的远端做凿毛处理。
将配制的水泥基复合材料均匀浇注厚度为5 mm的一层于裂缝表面及裂缝周边，即图5中所标注的第一次浇注修补层1，待第一次浇注修补层1浇注完成后，取有机纤维编织网4平铺覆于第一次浇注修补层1上，再嵌入锚接钉7，用平抹压平有机纤维编织网4，使有机纤维编织网4与第一次浇注修补层1形成良好的结合；再进行第二次浇注修补层2的浇注，浇注时确保有机纤维编织网4与第二次浇注修补层2也充分结合，浆料从网孔中溢出，确保每个网孔都充满浆料；第二次浇注修补层2的厚度是20 mm。养护到龄期。
对修补层和混凝土的复合结构采用四点弯曲加载试验，考察本方法修补混凝土裂缝的效果，加载方式为位移控制，该梁采用预加载，预裂之后再进行修补实验。该实验原理请参考图5。由说明书附图6提供的照片可以看出，修补层裂缝沿裂缝延伸方向斜向下延伸，有效分散应力，且由于锚接钉与凿毛处理的结果，修补层远端与混凝土层结合紧密，而修补层覆于预加主裂缝5上的部分，由于有光滑区域的存在，界面应力较小，从而减少修补层与混凝土层之间的界面剥离；实验结果表明：达到峰值荷载时，修补层裂缝分布在界面剥离范围110mm左右范围内，裂缝分布均匀，在峰值荷载时，最大裂缝宽度小于0.04 mm。
实施例10、一种修补混凝土裂缝的方法，该方法中铺设两层有机纤维编织网，该方法包括如下步骤：
步骤a. 将混凝土外表面裂缝周边打磨光滑并清理干净；
步骤b. 在裂缝表面均匀注入甲基丙烯酸脂类浆液，并在裂缝周边打磨光滑处均匀涂抹环氧胶体，使环氧胶体均匀涂覆于所述裂缝表面及周边；
步骤c. 第一次浇筑及第一层有机纤维编织网铺设：将水泥基复合材料均匀浇筑一薄层在上述裂缝表面及裂缝周边，然后将第一层有机纤维编织网平铺覆于所述水泥基复合材料薄层上，用平抹压平第一层有机纤维编织网，使第一层有机纤维编织网与水泥基复合材料薄层形成良好的结合；
步骤d. 第二层纤维编织网的铺设：将所述步骤c中的第一层有机纤维编织网的表面刮平或抹平，并在其上浇筑一层厚度为5-20mm的水泥基复合材料；然后再在浇注的水泥基复合材料上铺设第二层有机纤维编织网，用平抹压平第二次有机纤维编织网，使第二层有机纤维编织网与水泥基复合材料薄层形成良好的结合；再将第二层有机纤维编织网的表面刮平或抹平，并在其上浇筑一层厚度为5-20mm的水泥基复合材料；
步骤e. 待步骤d中浇筑的水泥基复合材料凝固并干燥后，在其表面涂刷一层防水油漆。
本实施例中，所述混凝土外表面裂缝周边打磨光滑的区域是：从裂缝中心起向裂缝左右两侧向外延伸10-120mm；或自裂缝尖端向外各自延伸10-120mm。
本实施例中，所述步骤c中的有机纤维编织网的长度比所述裂缝长；所述有机纤维编织网覆盖于所述裂缝上的宽度是自裂缝中心起向两侧延伸8-50cm长的宽度。
实施例11、一种修补混凝土裂缝的方法，该方法中铺设三层有机纤维编织网，该方法包括如下步骤：
步骤a. 将混凝土外表面裂缝周边打磨光滑并清理干净；
步骤b. 在裂缝表面均匀注入水泥净浆，并在裂缝周边打磨光滑处均匀涂抹环氧胶体，使环氧胶体均匀涂覆于所述裂缝表面及周边；
步骤c. 第一次浇筑及第一层有机纤维编织网铺设：将水泥基复合材料均匀浇筑一薄层在上述裂缝表面及裂缝周边，然后将第一层有机纤维编织网平铺覆于所述水泥基复合材料薄层上，用平抹压平第一层有机纤维编织网，使第一层有机纤维编织网与水泥基复合材料薄层形成良好的结合；
步骤d. 第二层纤维编织网的铺设：将所述步骤c中的第一层有机纤维编织网的表面刮平或抹平，并在其上浇筑一层厚度为5-20mm的水泥基复合材料；然后再在浇注的水泥基复合材料上铺设第二层有机纤维编织网，用平抹压平第二次有机纤维编织网，使第二层有机纤维编织网与水泥基复合材料薄层形成良好的结合；再将第二层有机纤维编织网的表面刮平或抹平，并在其上浇筑一层厚度为5-20mm的水泥基复合材料；
步骤e：在步骤d最终浇注的水泥基复合材料上铺设第三层有机纤维编织网，用平抹压平第三层有机纤维编织网使其与水泥基复合材料形成良好的结合，然后再在第三层有机纤维编织网上浇注一层水泥基复合材料；
步骤f. 待步骤e中浇筑的水泥基复合材料凝固并干燥后，在其表面涂刷一层防水油漆。
本实施例中，所述混凝土外表面裂缝周边打磨光滑的区域是：从裂缝中心起向裂缝左右两侧向外延伸10-120mm；或自裂缝尖端向外各自延伸10-120mm。
本实施例中，所述步骤c中的有机纤维编织网的长度比所述裂缝长；所述有机纤维编织网覆盖于所述裂缝上的宽度是自裂缝中心起向两侧延伸8-50cm长的宽度。
以下是本发明的实验例，通过实验证明本发明的水泥基复合材料及修补方法的可行性。
实验例：取四组相同结构的同一批次制作的混凝土结构，每组混凝土结构均采用两块分离的棱柱体，两块混凝土之间为预制混凝土裂缝，裂缝长度为50mm；四组分别标记为对照组、实验组1、实验组2、实验组3，各组分别进行如下试验：
对照组：利用市售水泥材料对裂缝进行常规修补处理；
实验组1：利用上述实施例1配制的水泥基复合材料采用常规裂缝修补方法；
实验组2：将上述实施例1配制的水泥基复合材料按照申请号 201010109639.5的发明专利的实施例2中的裂缝修补方法操作；
实验组3：利用上述实施例1配制的水泥基复合材料按照上述实施例3的修补混凝土裂缝的方法进行裂缝修补。
具体实验过程如下：
对照组：市售水泥的常规裂缝修补方法：去除混凝土表面浮尘，清洗表面，采用常规修补方式在裂缝周边做凿毛处理，用水浸湿混凝土表面，使水自然浸透，结合面不留水迹，仅保持稍微湿润的状态；将市售水泥材料按常规配比搅拌均匀后，浇注到呈微湿润的状态的混凝土表面，形成修补层，修补层厚度为50mm，浇水养护到龄期。
对修补层和混凝土的复合结构采用四点弯曲加载试验，考察本方法修补混凝土裂缝的效果，加载方式为位移控制。结果表明：在荷载时修补层起裂，至峰值荷载时出现主裂缝，修补层断裂。这是由于修补层材料自身的抗裂能力和单一裂缝破坏特性决定的，修补层一旦开裂就直接形成主裂缝，从而起不到修补作用；且常规修补方式是在裂缝周边直接凿毛处理，使修补层与裂缝的结合紧密，界面应力较大，导致主裂缝更易产生。
实验组1：利用实施例1配制的水泥基复合材料的常规裂缝修补方法：去除混凝土表面浮尘，清洗表面，待表面略干后，采用常规修补方式在裂缝周边做凿毛处理，用水浸湿混凝土表面，使水自然浸透，结合面不留水迹，仅保持稍微湿润的状态；将实施例1配制的水泥基复合材料按上述配比搅拌均匀后，浇注到呈微湿润的状态的混凝土表面，形成修补层，修补层厚度为50mm，浇水养护到龄期。
对修补层和混凝土的复合结构采用四点弯曲加载试验，考察本方法修补混凝土裂缝的效果，加载方式为位移控制。结果表明：修补层裂缝分布在界面剥离范围20mm左右范围内，形成主裂缝。
实验组2：去除混凝土表面浮尘，清洗表面，待表面略干后，将混凝土裂缝周边各向外25mm区域粘贴防水胶带（设置隔离层），用水再次浸湿混凝土表面，使水自然浸透，结合面不留水迹，仅保持稍微湿润的状态；在混凝土基体上放置垫板，以确保预制板与混凝土之间的胶层厚度。
将实施例1制备的水泥基复合材料用模具制作预制板，厚度为26mm，待24-48小时后浆料初凝，脱模，标准条件下养护28天。在混凝土表面铺设一层厚度为24mm的多缝开裂水泥基复合材料浆体，预制板准备于浆体粘合的一侧也涂覆一层1-2mm浆体，浆体总厚度略高于垫板厚度，然后将预制板粘贴到混凝土上，重物加压，当浆体稍硬，不会塌陷时，抽出垫板，用抹子清理溢出浆体，密封边缘空隙。修补层总厚度约50mm。48小时后，放置到养护室标准条件养护28天。
对修补层和混凝土的复合结构采用四点弯曲加载试验，考察本方法修补混凝土裂缝的效果，加载方式为位移控制。结果表明，修补层裂缝分布在界面剥离范围100mm范围内，预制板裂缝分布在预制板与现浇胶层界面的剥离范围120mm范围内，裂缝分布均匀，在峰值荷载时，最大裂缝宽度小于0.05mm。
实验组3：去除混凝土表面浮尘，清洗表面，待表面略干后，将混凝土裂缝周边各向外50mm的区域内打磨光滑（设置光滑区域），并清理干净；在裂缝表面积裂缝周边打磨光滑处均匀注入或涂抹环氧胶体，使环氧胶体均匀涂覆于所述裂缝表面及周边；
第一次浇注：将上述实施例1中配制的水泥基复合材料均匀浇注厚度为10mm的一薄层在裂缝表面及裂缝周边，即第一次浇注修补层，然后将厚度为2 mm的有机纤维编织网平铺覆盖于第一次浇注修补层上，用平抹压平有机纤维编织网，使有机纤维编织网与水泥基复合材料薄层形成良好的结合，再进行第二次浇注修补层2的浇注，第二次浇注修补层的厚度是38mm；待第二次浇注的水泥基复合材料凝固并干燥后，在其表面涂刷一层防水油漆。修补层总厚度约50mm。
对修补层和混凝土的复合结构采用四点弯曲加载试验，考察本方法修补混凝土裂缝的效果，加载方式为位移控制。结果表明，修补层裂缝分布在界面剥离范围130mm范围内，裂缝分布均匀，在峰值荷载时，最大裂缝宽度小于0.03 mm。
上述对照组、实验组1、实验组2、实验组3的混凝土裂缝修补实验中，四点弯曲加载试验中荷载大小为：实验组3荷载﹥实验组2荷载﹥实验组1荷载﹥对照组荷载，其中实验组3的荷载是实验组2的荷载的1.7倍以上。对实验结果进行对比分析，结果表明：采用本发明所述的裂缝修补方法对混凝土裂缝的修补效果显著性优于常规裂缝修补方法并优于申请人早期申请的申请号为201010109639.5的发明专利中的裂缝修补方法。实验组3与实验组2相比：实验组3的荷载位移曲线较长，修补层裂缝分散均匀，更细密，分散效果更好，且能够承受更大的荷载。实验组2利用预制板作为隔离层，虽然裂缝分散效果较佳，但由于预制板是直接铺设于混凝土层上，且远端并未做粘结处理，预制板与裂缝接触的远端部位容易发生界面剥离，而且由于预制板中未铺设有机纤维编织网，实验组2的承载力明显小于实验组3的承载力；而实验组3中利用两次浇注修补层及有机纤维编织网实现界面的应力分散，重新分配载荷，并利用有机纤维编织网本身的抗拉特性与修补层上开裂的细密裂缝相结合，使应力平均分配在修补层上，不仅裂缝控制能力较强，而且承载力也有较大提高，起到较好的修复作用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥基复合材料各组分按份数包括：
水泥 15份--69份
水 17份--30份
精细骨料 10份--45份
粉煤灰 34份--104份
硅灰 0份—4.5份
粒化高炉矿渣 0份--8份
还掺有体积为复合材料总体积1.5％～2.5％的有机纤维。
2.根据权利要求1所述的水泥基复合材料，其特征在于，还包括减水剂、增稠剂、引气剂。
3.根据权利要求1所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述有机纤维是聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、芳香族聚酰胺纤维纤维中的一种或两种以上的混合纤维；所述有机纤维的直径在10--80μm之间。
4.根据权利要求3所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥基复合材料各组分按份数包括：
水泥 15份--50份
水 20份--28份
精细骨料 10份--30份
粉煤灰 44份--80份
硅灰 0份--3份
粒化高炉矿渣 0份--6份
有机纤维掺量占复合材料总体积的1.8%~2.5%。
5.一种利用权1--权4中任一所述的水泥基复合材料修补混凝土裂缝的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a. 将混凝土外表面裂缝周边打磨光滑并清理干净；
步骤b. 在裂缝表面及裂缝周边打磨光滑的区域处设置隔离层；或在裂缝表面及裂缝周边打磨光滑处均匀注入或涂抹环氧胶体，使环氧胶体均匀涂覆于所述裂缝表面及周边；
步骤c. 第一次浇筑：将水泥基复合材料均匀浇筑一薄层在上述裂缝表面及裂缝周边，然后将有机纤维编织网平铺覆于所述水泥基复合材料薄层上，用平抹压平有机纤维编织网，使有机纤维编织网与水泥基复合材料薄层形成良好的结合；
步骤d. 进行第二次水泥基复合材料浇注：在有机纤维编织网上再次浇筑一层水泥基复合材料。
6.根据权利要求5所述的修补混凝土裂缝的方法，其特征在于，所述混凝土外表面裂缝周边打磨光滑处设置隔离层或涂抹环氧胶体的区域是：从裂缝中心起向裂缝左右两侧向外延伸10-120mm；或自裂缝尖端向外各自延伸10-120mm。
7.根据权利要求5所述的修补混凝土裂缝的方法，其特征在于，所述步骤a中还包括在混凝土外表面裂缝周边打磨光滑区域内或打磨光滑区域的外围或远离打磨光滑区域的裂缝的远端处嵌入锚接钉。
8.根据权利要求5所述的修补混凝土裂缝的方法，其特征在于，所述步骤a中嵌入锚接钉的方式包括：在裂缝开口处嵌入锚接钉、在裂缝尖端处嵌入锚接钉、沿所述裂缝扩展方向嵌入锚接钉以及在修补层内嵌入锚接钉。
9.根据权利要求8所述的修补混凝土裂缝的方法，其特征在于，所述步骤c中的有机纤维编织网的长度至少比所述裂缝长；所述有机纤维编织网覆盖于所述裂缝上的宽度至少是自裂缝中心起向两侧延伸5cm。
10.根据权利要求9所述的修补混凝土裂缝的方法，其特征在于，还包括步骤e. 待步骤d中浇筑的水泥基复合材料凝固并干燥后，在其表面涂刷防水层。
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